Пайка твёрдыми и мягкими припоями: что чем паять, какой флюс и при какой температуре

Мягкая и твёрдая пайка

По определению пайка соединяет детали расплавленным припоем, температура которого ниже, чем у основного металла: припой смачивает кромки, затекает в узкий зазор и застывает, а сами детали остаются твёрдыми (Пайка). Припои делят по температуре плавления на мягкие, которые плавятся ниже 450 °C, и твёрдые, которые плавятся выше (Припой). Граница важна практически: от неё зависят и прочность шва, и нагрев, и оснастка.

Цифры прочности и рабочих температур взяты из обзора по пайке меди и латуни (Пайка меди и медных сплавов) и носят ориентировочный характер: реальная прочность зависит от зазора и подготовки.

Мягкие припои: что значат марки

Марки оловянно-свинцовых припоев заданы в ГОСТ 21930-76; в обозначении число показывает массовую долю олова: ПОС 61 содержит 59–61% олова, ПОС 40 — 39–41%, остальное свинец (ГОСТ 21930-76). Плавление таких припоев начинается при 183 °C (эвтектика олово-свинец), а заканчивается при температуре ликвидуса, которая растёт с уменьшением доли олова: для ПОС-61 около 183 °C (он эвтектический и плавится при одной температуре), для ПОС-40 около 238 °C, для ПОС-90 около 220 °C (Припой).

Отсюда практический вывод. ПОС-61 хорошо течёт и схватывается быстро, его берут для электроники и тонких деталей. ПОС-40 застывает в интервале, зато считается более прочным и прощает зазоры в радиаторах и кровельной работе; практики, которые чинили радиаторы, сообщают, что паять им труднее, чем ПОС-61, и нужен мощный паяльник. Марки ПОССу с сурьмой применяют для оцинкованных и цинковых изделий. Для питьевой воды и деталей, контактирующих с пищей, свинец нежелателен, там берут безсвинцовые припои. Для бытовой мягкой пайки меди и латуни хватает паяльника мощностью 60–100 Вт с припоем ПОС-61 или ПОС-40 и канифольным флюсом ЛТИ-120, кромки при этом зачищают до блеска (Пайка латуни). Массивную деталь, например клемму или бак радиатора, паяльником не прогреть, и тут берут газовую горелку.

Флюсы для мягкой пайки

Флюс растворяет оксидную плёнку и защищает металл от окисления, пока идёт пайка. Для мягкой пайки применяют три основные группы (Флюс (пайка)).

Хлорид цинка и соляную кислоту для электроники использовать нельзя: остатки со временем разъедают дорожки и выводы. Соляную кислоту «в чистом виде» как флюс практики используют, но она даёт пары и оставляет хлориды, которые продолжают работать после пайки. Если радиатор или бак паяли активным флюсом, его смывают водой с содой, иначе, как пишут участники обсуждений, через время придётся паять заново.

Твёрдые припои и их температуры

Серебряные припои стандартизованы в ГОСТ 19738-2015. В таблице ниже температуры из приложения А к стандарту: нижняя критическая точка (начало плавления) и верхняя (полное расплавление), в градусах Цельсия.

Данные по температурам сверены с ГОСТ 19738-2015 (ГОСТ 19738-2015). Из таблицы видно, что у разных марок интервал плавления отличается: у ПСр 40 он узкий, у ПСр 15 широкий, и при широком интервале шов дольше остаётся «кашей», пока деталь не остыла.

Латунные (медно-цинковые) припои ПМЦ дешевле серебряных и паяют сталь, чугун и твёрдый сплав. Для ПМЦ-36 в справочниках указан диапазон плавления около 825–950 °C, для ПМЦ-54 около 860–970 °C (Припой, марки по ГОСТ 23137-78). На латунном припое напаивают пластины на токарные резцы: практики советуют не греть пруток, а прогревать державку с пластиной, засыпать бурой и подносить припой к уже раскалённому месту, тогда он затекает сам. Если пруток греть в самом жару пламени, цинк выгорает и припой «стреляет» зелёным пламенем.

Медно-фосфорные припои типа МФ и ПМФ плавятся примерно при 700–850 °C и работают на меди без флюса, потому что фосфор сам восстанавливает оксид. На стали и на сплавах с никелем они дают хрупкие фосфиды, поэтому для стали их не берут (Пайка меди и медных сплавов).

Флюсы для твёрдой пайки

Для твёрдой пайки нужны высокотемпературные флюсы, потому что канифоль и хлорид цинка при 700 °C сгорают. Классика — бура (тетраборат натрия), плавится около 741 °C; для низкоплавких серебряных припоев её смешивают с борной кислотой. Фторборатные флюсы, например ПВ-209, активны уже с 450–550 °C (Пайка латуни). Борная кислота, бура и их смеси применяют при пайке железа и низкоуглеродистой стали медью, медно-цинковыми и серебряными припоями при 800–1150 °C, остатки флюса удаляют промывкой (Флюс (пайка)).

Таблица «материал — припой — флюс — температура»

Температуру нагрева деталей держат на 30–50 °C выше точки плавления припоя, чтобы он полностью расплавился и растёкся, а перегрев испаряет цинк из латунных припоев и выжигает флюс (Пайка латуни).

Зазор и подготовка

Капиллярный зазор под твёрдую пайку выдерживают 0,05–0,2 мм, для мягкой берут нижнюю часть этого диапазона. В меньший зазор припой не заходит, в больший не удерживается капиллярными силами и шов получается рыхлым. Детали зачищают до блеска, обезжиривают и сразу флюсуют: окисел на кромке не даст припою смочить металл. Если зазора нет, как напоминают практики, припой не затечёт и пайка не получится.

Нагревают всю деталь равномерно, а массивную часть сильнее тонкой: тепло должно прийти к зазору от металла, а не от пламени через припой. Практики, которые паяли радиаторы и толстые узлы, добавляют, что у меди высокая теплопроводность, и маленькая горелка массивную клемму просто не прогреет.

Пайка алюминия

Алюминий покрыт прочной оксидной плёнкой, и обычный канифольный или цинковый флюс её не берёт. Низкотемпературная пайка идёт цинковыми припоями с активным флюсом для алюминия: деталь греют до плавления припоя, шов лучше растирать, чтобы разрушить плёнку. Практики, которые паяют соты радиаторов, называют главной трудностью контроль температуры: у алюминия граница между твёрдым и жидким почти не видна, а тонкие стенки легко прожечь. Припой 34А на основе алюминия, меди и кремния плавится около 530–550 °C и работает с флюсом Ф-34А (Припой 34А). Если алюминиевая деталь работает под нагрузкой, как правило, надёжнее сварка. О ней рассказано в статье про сварку алюминия TIG.

Пайка радиатора

Медно-латунный радиатор паяют мягким припоем ПОС-40 или ПОС-61 с активным флюсом. Порядок такой: очистить место до металла и снять старый припой, облудить обе детали, прогреть паяльником или горелкой и пропаять шов по всей длине. Практики, которые чинили радиаторы, часто описывают одну ошибку: корень соединения остался под старым припоем и грязью, и пустота вскрывается при повторном нагреве. Поэтому старое покрытие счищают полностью. После пайки радиатор промывают водой с содой и проверяют на герметичность. Заводскую пайку баков радиатора ведут медно-фосфорным припоем, а теплообменную фольгу паяют припоями типа ПОССу, но в мастерской чаще ограничиваются мягким.